Maan- ja merenpinnan havainnointiin uusi ratkaisu heijastuvien signaalien avulla

Erilaisilta pinnoilta heijastuvien signaalien hyödyntäminen mahdollistaa esimerkiksi merenpinnan tason, merijään paksuuden ja maaperän kosteuden tutkimisen menetelmällä, jota kutsutaan GNSS-reflektrometriksi (GNSS-Reflectometry, GNSS-R). Tutkimuksen tuloksena syntyi kustannustehokas järjestelmä kerämään sekä suoraan edenneitä että heijastuneita GNSS-signaaleja erilaisten pintojen mittaamista ja mallintamista varten.

-Tehdyissä GNSS-R -mittauksissa tutkittiin merenpinnan ominaisuuksia eri vuodenaikoina ja olosuhteissa. Merijään paksuutta arvioitiin kokonaistiedosta, joka on johdettu GNSS-R -signaalien avulla lasketun merenpinnan poikkeaman ja Ilmatieteen laitoksen merenpintatietojen erosta. Monikerroksisen jään läpi kulkeneen GNSS-signaalin muutokset mahdollistivat jään paksuuden tarkan mittaamisen, väittelijä Ankit Regmi kuvailee.

Vastaanotetun GNSS-datan tilastolliset ominaisuudet osoittivat korrelaation tuulen nopeushavaintojen kanssa avomerellä.

-Avomeren ja maan suhteellinen permitiivisyys mitattiin hyödyntämällä heijastuneiden GNSS-signaalien sähkömagneettisen aallon polarisaation muutosta. Kaksoiskiertopolarisoidun GNSS-R-järjestelmän dynaamisten mittausten käytännöllisyyttä erilaisiin kaukokartoitussovelluksiin testattiin dronen avulla. Kehitetty järjestelmä ja GNSS-signaalien polarimetrinen analyysi tarjoavat tärkeitä työkaluja muuttuvan ympäristömme tutkimukseen, Regmi kiteyttää ja nostaa esiin muutamia tutkimustulosten sovellusmahdollisuuksia:

1. Ilmastonmuutoksen seuranta: GNSS-R-järjestelmä voi tarjota tarkkoja ja ajantasaisia tietoja ilmastonmuutoksen vaikutuksista kuten merenpinnan noususta ja jään sulamisesta.
2. Maanviljely: Maaperän kosteudenmittaus helpottaa viljelijöitä optimoimaan kastelujärjestelmiä ja parantamaan satoa
3. Merenkulku: Merenpinnan korkeuden ja jään paksuuden seuranta voi parantaa merenkulun turvallisuutta ja reittisuunnittelua.
4. Luonnonkatastrofien hallinta: GNSS-R-järjestelmä voi auttaa ennustamaan ja seuraamaan luonnonkatastrofeja, kuten tulvia ja myrskyjä, parantaen ihmisten valmiutta ja reagointikykyä.

Diplomi-insinööri Ankit Regmi väittelee Oulun yliopistossa torstaina 20.3.2025. Tietoliikennetekniikan väitöskirjan suomennettu otsikko on Kaksoisympyräpolarisoitu GNSS-reflektometri maan ja meren kaukokartoitukseen (Dual Circularly Polarized GNSS-Reflectometry for Remote Sensing of Land and Sea Surfaces). Vastaväittäjänä toimii professori Rüdiger Haas (Chalmersin teknillinen korkeakoulu) ja kustoksena dosentti Marko E. Leinonen (Oulun yliopisto).